CN111342242B - 多天线系统及其电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多天线系统及其电子装置，所述多天线系统包含导电面、主天线单元、第一副天线单元、第二副天线单元、切换电路及无线通讯模块。导电面具有相互邻接的四侧边。主天线单元设置于四侧边中的任一侧边。第一副天线单元设置于四侧边中的任一边，且与主天线单元相隔一间距，该间距大于多天线系统的低频操作频率的0.5倍波长距离。第二副天线单元设置于导电面的四侧边中未设置主天线单元的任一边。切换电路设置于导电面且选择性地电性连接第一副天线单元或第二副天线单元。无线通讯模块设置于导电面且电性连接切换电路与主天线单元。

Description

多天线系统及其电子装置
技术领域
本发明是关于一种多天线系统及其电子装置。
背景技术
应用在笔记型电脑、平板电脑或是手机等移动装置，多为内藏式天线，并且在装置内部空间中，皆需要预留特定的天线空间。然而，随着移动装置的轻、薄及易方便携带等特性需求，同时为讲求产品在工业设计上的美观与质感，其外观设计经常会使用金属或具导电能力的材质，常因空间或者是净空区不足而导致天线的辐射特性明显下降，足够的净空区又造成装置的厚度增加，天线设计将随着前述需求而面临严苛环境的挑战。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种多天线系统，包含导电面、主天线单元、第一副天线单元、第二副天线单元、切换电路及无线通讯模块。导电面具有相互邻接的四侧边。主天线单元设置于四侧边中的任一侧边。第一副天线单元设置于四侧边中的任一侧边，且第一副天线单元与主天线单元相隔一间距，前述间距大于低频操作频率的0.5倍波长距离。第二副天线单元设置于导电面的四侧边中未设置主天线单元的任一侧边。切换电路设置于导电面且选择性地电性连接第一副天线单元或第二副天线单元。无线通讯模块设置于导电面且电性连接切换电路与主天线单元。其中，当切换电路电性连接第一副天线单元时，主天线单元与第一副天线单元构成一第一天线组合；当切换电路电性连接第二副天线单元时，主天线单元与第二副天线单元构成一第二天线组合；以及当一射频信号馈入第二天线组合时，第二副天线单元产生的辐射场型极化方向正交于主天线单元产生的辐射场型极化方向。
本发明另提供一种电子装置，包含系统机体、导电面、主天线单元、第一副天线单元、第二副天线单元、切换电路及无线通讯模块。导电面设置于系统机体中并具有相互邻接的四侧边。主天线单元设置于四侧边中的任一侧边。第一副天线单元设置于四侧边中的任一侧边，且第一副天线单元与主天线单元相隔一间距，前述间距大于低频操作频率的0.5倍波长距离。第二副天线单元设置于导电面的四侧边中未设置主天线单元的任一侧边。切换电路设置于导电面且选择性地电性连接第一副天线单元或第二副天线单元。无线通讯模块设置于导电面且电性连接切换电路与主天线单元。其中，当切换电路电性连接第一副天线单元时，主天线单元与第一副天线单元构成一第一天线组合；当切换电路电性连接第二副天线单元时，主天线单元与第二副天线单元构成一第二天线组合；以及当一射频信号馈入第二天线组合时，第二副天线单元产生的辐射场型极化方向正交于主天线单元产生的辐射场型极化方向。
有关本发明的其它功效及实施例的详细内容，配合图式说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其它的图。
图1为根据本发明的多天线系统的一实施例的俯视示意图；
图2为图1的多天线系统的一实施态样的功能示意图；
图3为根据本发明的多天线系统的一实施例的俯视示意图；
图4为根据本发明的多天线系统的一实施例的俯视示意图；
图5为根据本发明的多天线系统的一实施例的俯视示意图；
图6为根据本发明的多天线系统的一实施例的俯视示意图；
图7为根据本发明的多天线系统的一实施例的俯视示意图；
图8为根据本发明的多天线系统的一实施例的俯视示意图；
图9为根据本发明的多天线系统的一实施例的俯视示意图；
图10为图9的多天线系统的一实施态样的侧视图；
图11为应用本发明的多天线系统的电子装置的一实施例的示意图；
图12为图11的电子装置的一实施态样的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、特征及效果更容易理解，以下提供用于详细说明本发明的实施例及图。
应当理解，尽管术语“第一”、“第二”“第三”等在本文中可以用于描述各种元件、部件、区域、或部分，但是这些元件、部件、区域、及/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，下面讨论的“第一元件”、“部件”、“区域”、或“部分”可以被称为第二元件、部件、区域、或部分而不脱离本文的教导。
此外，诸如“下”或“底部”和“上”或“顶部”的相对术语可在本文中用于描述一个元件与另一元件的关系，如图所示。应当理解，相对术语旨在包括除了图中所示的方位之外的装置的不同方位。例如，如果一个附图中的装置翻转，则被描述为在其他元件的“下”侧的元件将被定向在其他元件的“上”侧。因此，示例性术语“下”可以包括“下”和“上”的取向，取决于附图的特定取向。类似地，如果一个附图中的装置翻转，则被描述为在其它元件“下方”的元件将被定向为在其它元件“上方”。因此，示例性术语“下面”或“下面”可以包括上方和下方的取向。
请参照图1，图1公开具有高频操作频率及低频操作频率的一多天线系统1。多天线系统1包含导电面11以及设置于导电面11的主天线单元12、第一副天线单元13、第二副天线单元14、切换电路27及无线通讯模块26。其中，主天线单元12连接无线通讯模块26，无线通讯模块26连接切换电路27，切换电路27连接第一副天线单元13及第二副天线单元14。切换电路27选择性地电性连接第一副天线单元13或第二副天线单元14。当切换电路27电性连接第一副天线单元13时，通过切换电路27与无线通讯模块26的电性连接，主天线单元12与第一副天线单元13构成第一天线组合。当切换电路27电性连接第二副天线单元14时，通过切换电路27与无线通讯模块26的电性连接，主天线单元12与第二副天线单元14构成第二天线组合。请参照图2，图2示例出图1的多天线系统1的一实施态样的功能示意图(图2仅是用以示意，并未绘制出导电面11)，如前所述，无线通讯模块26电性连接于主天线单元12与切换电路27，因此当切换电路27电性连接第一副天线单元13时，则多天线系统1是通过主天线单元12与第一副天线单元13构成的第一天线组合来收发无线信号，当切换电路27电性连接第二副天线单元14时，多天线系统1是通过主天线单元12与第二副天线单元14构成的第二天线组合来收发无线信号。
在一实施例中，导电面11为电子装置的金属机壳接地部或电子装置的塑胶机壳内部的金属溅镀部，但不限于此。
请接着合并参照图1及图3至图9。其中，图3至图9仅用以示意主天线单元12、第一副天线单元13及第二副天线单元14于导电面11上的布局而省略导电面11上的无线通讯模块26以及切换电路27。如图1及图3至图9所示，导电面11具有相互邻接的四侧边(为方便描述，以下分别称为第一侧边111、第二侧边112、第三侧边113及第四侧边114)。主天线单元12能任意设置在前述的四侧边111、112、113、114中的任一侧边。举例来说，如图1、3、6、7、8、9所示，主天线单元12沿着第一侧边111延伸而设置在第一侧边111，如图4、5所示，主天线单元12沿着第二侧边112延伸而设置在第二侧边112。在其他的实施例中，主天线单元12亦能沿着第三侧边113或第四侧边114延伸而设置在第三侧边113或第四侧边114，不以图1及图3至图9的示例为限。
第一副天线单元13亦能任意设置在前述的四侧边111、112、113、114中的任一侧边。举例来说，如图7所示，第一副天线单元13沿着第一侧边111延伸而设置在第一侧边111，如图4、5、8所示，第一副天线单元13沿着第二侧边112延伸而设置在第二侧边112，如图1、3、6、9所示，第一副天线单元13沿着第三侧边113延伸而设置在第三侧边113。在其他的实施例中，第一副天线单元13亦能沿着第四侧边114延伸而设置在第四侧边114。进一步，第一副天线单元13与主天线单元12的间相隔有一间距D1，为使多天线系统1能有空间分集(spatialdiversity)的特性，间距D1至少需大于低频操作频率的0.5倍波长距离。在一实施例中，间距D1的测量是自主天线单元12于结构上的中心至第一副天线单元13于结构上的中心。
第二副天线单元14是设置在四侧边111、112、113、114中未设置主天线单元12的任一侧边。在一些实施例中，当主天线单元12设置在第一侧边111时，第二副天线单元14能设置在第二侧边112、第三侧边113或第四侧边114；当主天线单元12设置在第二侧边112时，第二副天线单元14能设置在第一侧边111、第三侧边113或第四侧边114。当主天线单元12设置在第三侧边113时，第二副天线单元14能设置在第一侧边111、第二侧边112或第四侧边114。当主天线单元12设置在第四侧边114时，第二副天线单元14能设置在第一侧边111、第二侧边112或第三侧边113。如图1、3、7、8所示，第二副天线单元14沿着未设置主天线单元12的第二侧边112延伸而设置第二侧边112。如图4所示，第二副天线单元14沿着未设置主天线单元12的第一侧边111延伸而设置在第一侧边111。如图5、9所示，第二副天线单元14沿着未设置主天线单元12的第三侧边113延伸而设置在第三侧边113。如图6所示，第二副天线单元14沿着未设置主天线单元12的第四侧边114延伸而设置在第四侧边114。而为使多天线系统1有极化分集的特性(polarization diversity)，当射频信号馈入前述的第二天线组合时，第二副天线单元14产生的辐射场型极化方向需正交于主天线单元12产生的辐射场型极化方向。
基此，切换电路27能通过二选一的切换方式选择第一副天线单元13或第二副天线单元14，且应用多天线系统1的一电子装置所包含的处理器通过软体演算法来即时判断接收数据的吞吐量并控制切换电路27来选择第一副天线单元13或第二副天线单元14与主天线单元12组合，使无线通讯模块26能通过主天线单元12及第一副天线单元13来收发无线信号，或是无线通讯模块26能通过主天线单元12及第二副天线单元14来收发无线信号，进而组合出最佳的通讯覆盖范围，且不论是第一天线组合或第二天线组合，多天线系统1均具有双频的操作模式。于是，多天线系统1包含的天线单元的数量较少(仅有三个天线单元)而占据较少的空间，多天线系统1能应用在现今具轻、薄及窄边框需求的笔记型电脑且能提升无线信号的收发效率。
在一实施例中，主天线单元12、第一副天线单元13及第二副天线单元14可分别为偶极(dipole)天线、槽孔(slot)天线、回圈(loop)天线或平面倒F天线(planar inverted-Fantenna；PIFA)。再者，主天线单元12、第一副天线单元13及第二副天线单元14可通过印刷电路板(PCB)制程、软性印刷电路板(FPCB)制程或雷雕直接成型(LDS)制程制成。进一步，前述的低频操作频率及高频操作频率可分别为涵盖2.4GHz以及5GHz操作频带。
在一实施例中，请参照图11及图12，图11为应用多天线系统1的一电子装置2，且以电子装置2为笔记型电脑为例。电子装置2包含屏幕机体21、系统机体22。在一实施例中，位于屏幕机体21包含屏幕23且系统机体22包含键盘24与触控板25等输入装置以及主机板28。天线系统1位于系统机体22中。基此，设置于系统机体22的天线系统1不受具轻、薄及窄边框需求的电子装置2的限制，天线系统1能更佳地应用于现今具轻、薄及窄边框需求的电子装置2。
在一实施例中，电子装置2的屏幕机体21及系统机体22的材质为金属，此时，系统机体22的上系统机壳221或下系统机壳222的至少其中之一可作为导电面11；在另一些实施例中，屏幕机体21及系统机体22的材质为塑胶，此时，导电面11可为塑胶材质的系统机体22的上系统机壳221或下系统机壳222的金属溅镀部。在此实施例中，导电面11呈现一矩形，也就是导电面11的第一侧边111平行于第三侧边113，且第一侧边111垂直于第二侧边112及第四侧边114，第二侧边112平行于第四侧边114。
以下基于为矩形的导电面11更进一步说明各天线单元12、13、14于导电面11上的布局(placement)。
如图1及图3所示，主天线单元12的长度方向平行于第一侧边111，第一副天线单元13的长度方向平行于第三侧边113，而第二副天线单元14的长度方向平行于第二侧边112。基此，根据为矩形的导电面11，第一副天线单元13的长度方向平行于主天线单元12的长度方向，第二副天线单元14的长度方向垂直于主天线单元12的长度方向且垂直于第一副天线单元13的长度方向。
如图4所示，主天线单元12的长度方向及第一副天线单元13的长度方向平行于第二侧边112，第二副天线单元14的长度方向平行于第一侧边111。基此，根据为矩形的导电面11，第一副天线单元13的长度方向平行于主天线单元12的长度方向，第二副天线单元14的长度方向垂直于主天线单元12的长度方向且垂直于第一副天线单元13的长度方向。
如图5所示，主天线单元12的长度方向及第一副天线单元13的长度方向平行于第二侧边112，第二副天线单元14的长度方向平行于第三侧边113。根据为矩形的导电面11，第一副天线单元13的长度方向平行于主天线单元12的长度方向，第二副天线单元14的长度方向垂直于主天线单元12的长度方向且垂直于第一副天线单元13的长度方向。
如图6所示，主天线单元12的长度方向平行于第一侧边111，第一副天线单元13的长度方向平行于第三侧边113，第二副天线单元14的长度方向平行于第四侧边114。基此，根据为矩形的导电面11，第一副天线单元13的长度方向平行于主天线单元12的长度方向，第二副天线单元14的长度方向垂直于主天线单元12的长度方向且垂直于第一副天线单元13的长度方向。
如图7所示，主天线单元12的长度方向及第一副天线单元13的长度方向平行于第一侧边111，第二副天线单元14的长度方向平行于第二侧边112。基此，根据为矩形的导电面11，第一副天线单元13的长度方向平行于主天线单元12的长度方向，第二副天线单元14的长度方向垂直于主天线单元12的长度方向且垂直于第一副天线单元13的长度方向。
如图8所示，主天线单元12的长度方向平行于第一侧边111，第一副天线单元13的长度方向及第二副天线单元14的长度方向平行于第二侧边112。基此，根据为矩形的导电面11，第一副天线单元13的长度方向及第二副天线单元14的长度方向垂直于主天线单元12的长度方向。
于图1及图3至图8所示例的第二副天线单元14及主天线单元12中，第二副天线单元14的长度方向垂直于主天线单元12的长度方向，而在其他的实施例中，第二副天线单元14的长度方向平行于主天线单元12的长度方向。如图9所示，主天线单元12的长度方向平行于第一侧边111，第二副天线单元14的长度方向及第一副天线单元13的长度方向平行于第三侧边113，且基于为矩形的导电面11，第二副天线单元14的长度方向及第一副天线单元13的长度方向平行于主天线单元12的长度方向。例如，在图9的示例中，主天线单元12及第二副天线单元14分别为偶极天线及槽孔天线。其中，值得说明的是，虽然第二副天线单元14的长度方向平行于主天线单元12的长度方向，当主天线单元12组合第二副天线单元14且射频信号馈入主天线单元12及第二副天线单元14时，主天线单元12产生于Y轴方向上的极化方向，第二副天线单元14产生于X轴方向上的极化方向，也就是主天线单元12产生的辐射场型极化方向正交于第二副天线单元14产生的辐射场型极化方向，主天线单元12与第二副天线单元14结合形成一辐射场型极化分极(polarization diversity)的天线设计。
在一实施例中，请参照图10，图10为图9所示例的多天线系统1的一实施态样的侧视图。如图10所示，系统机体22包含上系统机壳221及下系统机壳222，主天线单元12包含一信号馈入部121及天线接地部122，信号馈入部121沿着上系统机壳221的表面延伸，天线接地部122自上系统机壳221朝着下系统机壳222的方向延伸，而第二副天线单元14沿着上系统机壳221的表面延伸，也就是于Z轴方向上第二副天线单元14垂直于主天线单元12。再者，在图10的示例中，主天线单元12及第二副天线单元14均为平面倒F天线，当第二副天线单元14组合于主天线单元12且射频信号馈入第二副天线单元14及主天线单元12时，主天线单元12产生于Z轴方向上的极化方向，第二副天线单元14产生于平行X轴与Y轴平面方向上的极化方向，主天线单元12产生的辐射场型极化方向亦正交于第二副天线单元14产生的辐射场型极化方向，如此，主天线单元12与第二副天线单元14结合形成一辐射场型极化分极(polarization diversity)的天线设计。
在一实施例中，多天线系统1位于系统机体22中。请参照图12，电子装置2更包含容置在系统机体22中的主机板28，且主机板28设置在导电面11上。主机板28用以设置无线通讯模块26以及切换电路27。基此，位于电子装置2的系统端的多天线系统1更不受具轻、薄及窄边框需求的电子装置2的限制。
以上所述的实施例及/或实施方式，仅是用以说明实现本发明技术的较佳实施例及/或实施方式，并非对本发明技术的实施方式作任何形式上的限制，任何本领域技术人员，在不脱离本发明内容所公开的技术手段的范围，当可作些许的更动或修饰为其它等效的实施例，但仍应视为与本发明实质相同的技术或实施例。

Claims (10)

1.一种多天线系统，具有高频操作频率及低频操作频率，其特征在于，所述多天线系统包含：
导电面，具有相互邻接的四侧边；
主天线单元，设置于所述四侧边中的任一侧边；
第一副天线单元，设置于所述四侧边中的任一侧边，且所述第一副天线单元与所述主天线单元相隔一间距，所述间距大于所述低频操作频率的0.5倍波长距离；
第二副天线单元，设置于所述四侧边中未设置所述主天线单元的任一侧边；
切换电路，设置于所述导电面，且选择性地电性连接所述第一副天线单元或所述第二副天线单元；及
无线通讯模块，设置于所述导电面，且电性连接所述切换电路与所述主天线单元；
其中，当所述切换电路电性连接所述第一副天线单元时，所述主天线单元与所述第一副天线单元构成第一天线组合；当所述切换电路电性连接所述第二副天线单元时，所述主天线单元与所述第二副天线单元构成第二天线组合；以及当射频信号馈入所述第二天线组合时，所述第二副天线单元产生的辐射场型极化方向正交于所述主天线单元产生的辐射场型极化方向。
2.根据权利要求1所述的多天线系统，其特征在于，其中所述四侧边分别为第一侧边、第二侧边、第三侧边及第四侧边，所述主天线单元是设置于所述第一侧边且所述第二副天线单元是设置于所述第二侧边、所述第三侧边或所述第四侧边，其中所述主天线单元的长度方向平行于所述第一侧边，其中，当所述第二副天线单元设置于所述第二侧边，所述第二副天线单元的长度方向平行于所述第二侧边，当所述第二副天线单元设置于所述第三侧边，所述第二副天线单元的长度方向平行于所述第三侧边，当所述第二副天线单元设置于所述第四侧边，所述第二副天线单元的长度方向平行于所述第四侧边。
3.根据权利要求2所述的多天线系统，其特征在于，其中，当所述第一副天线单元设置于所述第一侧边，所述第一副天线单元的长度方向平行于所述第一侧边，当所述第一副天线单元设置于所述第二侧边，所述第一副天线单元的长度方向平行于所述第二侧边，当所述第一副天线单元设置于所述第三侧边，所述第一副天线单元的长度方向平行于所述第三侧边，当所述第一副天线单元设置于所述第四侧边，所述第一副天线单元的长度方向平行于所述第四侧边。
4.根据权利要求3所述的多天线系统，其特征在于，其中所述第一侧边平行于所述第三侧边，且所述第一侧边垂直于所述第二侧边及所述第四侧边，且所述第二侧边平行于所述第四侧边。
5.根据权利要求1所述的多天线系统，其特征在于，其中所述第二副天线单元的长度方向垂直于所述主天线单元的长度方向。
6.根据权利要求1所述的多天线系统，其特征在于，其中所述第二副天线单元的长度方向平行于所述主天线单元的长度方向。
7.根据权利要求6所述的多天线系统，其特征在于，其中所述主天线单元及第二副天线单元分别为偶极天线及槽孔天线。
8.一种电子装置，其特征在于，包含：
系统机体；及
一种多天线系统，位于所述系统机体中且具有高频操作频率及低频操作频率，所述多天线系统包含：
导电面，位于所述系统机体并具有相互邻接的四侧边；
主天线单元，设置于所述四侧边中的任一侧边；
第一副天线单元，设置于所述四侧边中的任一侧边，且所述第一副天线单元与所述主天线单元相隔一间距，所述间距大于所述低频操作频率的0.5倍波长距离；
第二副天线单元，设置于所述四侧边中未设置所述主天线单元的任一侧边；
切换电路，设置于所述导电面，且选择性地电性连接所述第一副天线单元或所述第二副天线单元；及
无线通讯模块，设置于所述导电面，且电性连接所述切换电路与所述主天线单元；
其中，当所述切换电路电性连接所述第一副天线单元时，所述主天线单元与所述第一副天线单元构成第一天线组合；当所述切换电路电性连接所述第二副天线单元时，所述主天线单元与所述第二副天线单元构成第二天线组合；以及当射频信号馈入所述第二天线组合时，所述第二副天线单元产生的辐射场型极化方向正交于所述主天线单元产生的辐射场型极化方向。
9.根据权利要求8所述的电子装置，其特征在于，其中所述第二副天线单元的长度方向垂直于所述主天线单元的长度方向。
10.根据权利要求8所述的电子装置，其特征在于，其中所述第二副天线单元的长度方向平行于所述主天线单元的长度方向。
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